Haziran 2011 sunumu(*pdf - Sakarya Üniversitesi

Yüksek Lisans Tez Sunumu
14.06.2011
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ

Amaç
Giriş
Materyal ve Metot
Bulgular ve Tartışmalar
Sonuçlar

Sakarya belediye otobüslerinin kullandığı 3
farklı otobüs hattında Temsa Avenue seri hibrit
otobüsün seyir hali emisyonlarının, yakıt
tüketiminin ve enerji kazanımının incelenmesi
ve bu hatlarda hibrit sistem avantajlarının
karşılaştırılması

Yönetmelikler ve emisyon kontrol yöntemleri ile,

Dizel motorlardan kaynaklanan emisyonlar
arasında öncelikli olarak kontrol edilmesi ve
azaltılması gereken emisyonlar NOx ve PM’dir.

Silindir içerisinde yanma esnasında sıcaklığın yüksek
olmasından dolayı NO oluşur ve NO’nun oksidasyonu
sonucu ise NO 2 meydana gelir.
NO ve NO 2 emisyonları genel olarak NOx olarak
tanımlanmaktadır. Oksijen yoğunluğunun yüksek olması
da NO x oluşum hızını arttırmaktadır.
[NOx ]= f (T, [O 2 ] )

(VOC+sülfat+H2O+ iz metalleri)
(VOC+sülfat+H2O+ iz
metalleri)

Emisyonlar otobüslerin;
yanma teknolojilerine,
emisyon katalizörlerine,
yakıt özelliklerine,
yaşına
kullanım koşullarına bağlıdır.

Kardiyovasküler ve solunum
yolları rahatsızlığına,
Yaşam kalitesinde azalmaya
Astıma,
Çocuklarda akciğer
gelişiminde bozukluğa,
Bebek ölümlerine ve kanser
gibi birçok rahatsızlığa
neden olmaktadır.

Ağır-ticari taşıtlar için (g/kW-h)
Tarih Sürüş çevrimi CO HC NOx PM
Euro 1 1992, 85kw 4,5 1,1 8,0 0,36
Euro 2 Ekim 1996
ECE R-49
4,0 1,1 7,0 0,25
Ekim 1998 4,0 1,1 7,0 0,15
Euro 3 Ekim 1999 ESC&ELR&ETC 1,0 0,25 2,0 0,02
Ekim 2000
ESC&ELR&ETC
2,1 &ETC 0,66 5,0 0,10
0,13
Euro 4 Ekim 2005 1,5 0,46 3,5 0,02
Euro 5 Ekim 2008 1,5 0,46 2,0 0,02
Euro 6 Ocak 2013 1,5 0,13 0,5 0,01

Araç seyir halinde iken aracın üzerine yerleştirilen
cihazlarla gerçek dünya koşullarındaki emisyon ve
motor datalarını toplayan sistemlerdir.

Kullanım açısından;
Data açısından;
• Ölçümlerin normal kullanım
koşullarında yapılabilmesi
• Numune alımı için aracın
bırakılmaması ya da
durdurulmaması
• Bakım için ekstra zamanın
gerekmemesi
• Gerçek dünya datasının
eş zamanlı
toplanabilmesi
• Taşıt kaynaklı
emisyonların
envanterlenmesinde
daha güvenilir sonuçlar
elde edilebilmesi

Seyir hali emisyon ölçümleri ile mevcut
standartlar uyumlu değildir.
Standartların oluşturulmasında kullanılan trafik
karakteristikleri gerçek dünya koşullarıyla
farklılık arz etmektedir.
Ölçümler profesyonellik gerektirmektedir.

Negatif ivmelenme taşıtlar için fren yapma durumudur.
Motorlu taşıtlar durduğunda ise negatif ivmelenme biter
ve ivmelenme boyunca ortaya çıkan enerji ısıya
dönüşerek çevreye verilir.

Günümüzde fosil yakıtların giderek azalması
nedeniyle taşıt üreticileri alternatif taşıtlara
yönelmiştir.
Hibrit taşıtlar emisyon ve yakıt tüketim
minimizasyonu açısından önemli bir avantaja
sahiptir.

Tasarımlarına göre 3’e ayrılır:
Paralel hibrit
Seri hibrit
Seri-paralel hibrit

UCAP

Temsa Avenue Hibrit Otobüsünde seyir hali
emisyon ölçümü gerçekleştirilerek hibrit
otobüs motor parametreleri, emisyon
miktarları ve yakıt-enerji kazanımları
belirlenmiştir.

Ölçümler, Sakarya Büyükşehir Belediyesine
ait otobüs hatları arasından seçilen 3 farklı
hatta gerçekleştirilmiştir.
Seçilen hatlar farklı yol karakteristiklerine
sahiptir.

32 evler Karaman
SAÜ kampus

32 Evler-gidiş
32 Evler- dönüş
Karaman-gidiş
Karaman-dönüş
SAÜ Kampus-gidiş
SAÜ Kampus-dönüş

Hatlar
Karamangidiş
Karamandönüş
32 Evlergidiş
32 Evlerdönüş
SAU Campusgidiş
SAU
Campusdönüş
Mesafe (km) 14.5 15.6 7.6 8.8 11 11.5
Seyahat süresi (dk) 28 34 25 30 31 34
Rölanti süresi (dk) 5 7 5 7 6 8
Dur-kalk sayısı 24 29 28 28 23 29
Km başına dur-kalk sayısı 2 2 4 3 2 3
Ortalama hız (km/h) 30 27 18 17 21 20
Maksimum hız (km/h) 69 69 57 64 53 58
Başlangıç yüksekliği (m) 35.6 86.7 33.1 131.4 33.8 187.6
Bitiş yüksekliği (m) 86.4 36.8 131.4 34.2 182.4 36
Yükseklik farkı (m) 50.8 -49.9 98.3 -97.2 148.6 -150.8

Seyir hali emisyon ölçümleri başlatılmadan
önce;
‣ PEMS sistemi yaklaşık 1 saat kadar
ısıtılmış,
‣ Ölçümlerin güvenirliğini sağlayabilmek için
her test başlamadan önce kalibrasyon
yapılmıştır.

Gerçek dünya koşullarını sağlayabilmek için
taşıt her durakta 15 saniye durdurulup taşıta
yolcuların bindiği varsayılarak test
gerçekleştirilmiştir.
Testler süresince çevre havası 20 0 C ile 35
0
C arasında değişirken, nem yaklaşık
%30’dur.

Euro 5 emisyon sertifikasına sahip 6 silindirli ve 6,7 L motor
hacmine sahip Cummins içten yanmalı dizel motoru
bulunmaktadır.
Hibrit otobüs seri hibrit tasarımına sahiptir. Otobüsün boyu
12 m olup, otobüs 15 tondur (yüklenmiş hali).

Seçilen ölçüm hatlarında emisyon ve motor
datalarını incelemeden önce hatların hızyükseklik
profilleri ve ivmelenme-hızlanma
haritaları üzerine etkileri belirlenmiştir.

Enerji kazanımı ve yakıt tasarrufunu belirlemek için tüm
hatlarda hibrit aktarım organları çalışma parametreleri
SIEMENS SIADIS yazılımı kullanılarak incelenmiştir.
Ölçümler boyunca jeneratör gücü (Pgen),
ultrakapasitörün durumu (SOC), motor gücü (Peng),
taşıt hızı (V) ve toplam mekanik çekiş gücü (Psys)
incelenmiştir.

Geri kazanılan enerji,
Geri kazanılan enerjiye bağlı
yakıt tasarrufu kg olarak,
Geri kazanılan enerjiye bağlı
yakıt tasarrufu litre olarak,

Hatlar
Karamangidiş
SAU
Campus-gidiş
32 Evlergidiş
Karamandönüş
32 Evlerdönüş
SAU Campusdönüş
Ortalama hız (km/h) 30 18 21 27 17 20
Yükseklik farkı (m) 50.8 98.3 148.6 -49.9 -97.2 -150.8
Toplam İş (kW-h) 25.8 18.9 26.2 25.9 14.3 18.6
km başına toplam iş
( kW-h / km)
1.78 2.49 2.38 1.66 1.63 1.62
Enerji kazanımı (kW-h) 5.11 2.79 3.69 5.46 3.33 4.63
Dur-kalk başına enerji
kazanımı (kW-h / #)
0.21 0.10 0.16 0.19 0.12 0.16
Enerji kazanımı(%) 23 18 16 25 27 28
Yakıt tüketimi (l) 5.59 4.60 5.98 5.72 3.24 4.44
Yakıt kazanımı (l) 1.80 0.98 1.30 1.93 1.18 1.63
Dur-kalk başına yakıt
kazanımı (l)
0.08 0.04 0.06 0.07 0.04 0.06
Yakıt kazanımı (%) 24 18 18 25 27 27

Hatlar
Karamangidiş
32 Evlergidiş
SAU
Campusgidiş
Karamandönüş
32
Evlerdönüş
SAU
Campusdönüş
CO 2 (g/km) 1044 1646 1483 991 1290 1040
CO (g/km) 0.8 1.4 1.4 0.9 1.1 1.0
NO x (g/km) 3.0 8.8 9.0 4.6 7.2 9.3
CO 2 (g/kW-h) 588 661 622 599 685 643
NO x (g/kW-h) 1.7 3.6 3.8 2.8 4.4 5.7
CO (g/kW-h) 0.5 0.6 0.6 0.6 0.7 0.6

Taşıt emisyonları önemli ölçüde motor çalışma
koşullarına bağlıdır.
NOx emisyon oluşumunun doğrudan motor yükü ile
artması, motor yükü ile sıcaklık arasında ilişki
bulunması,
Sıcaklığın SCR sisteminin devreye girmesini
etkilemesinden dolayı, sıcaklık ve NOx emisyon dataları
incelenmiştir.

Hibrit otobüs yakıt tüketimi açısından büyük bir
avantaja sahiptir ancak yakıt tasarruf potansiyeli
otobüsün çalıştığı hattın hız-yükseklik profiline
bağlı olarak değişmektedir.
Yükseklikte meydana gelen değişimler enerji
kazanımını ve yakıt tasarrufunu etkilemektedir.

Maksimum enerji kazanımı SAÜ Kampus-dönüş
hattında gözlemlenmiştir. Aynı zamanda tüm dönüş
hatlarının enerji kazanımı gidiş hatlarından çok daha
yüksektir.
Bunun sebebi gidiş hatlarında otobüs yokuş çıkarken,
hibrit sistemin çok fazla avantaj sağlayamamasıdır.

Maksimum yakıt tasarrufu %27 olup SAÜ Kampusdönüş
hattındadır.
Yakıt tasarruf miktarları incelendiğinde maksimum
değerler Karaman hattındadır. Karaman-gidiş ve
Karaman-dönüş hattında yakıt tasarruf miktarları
sırasıyla 1.80 l ve 1.93 l olarak belirlenmiştir.

Minimum CO2 değeri 588 g/kW-h olup Karaman-gidiş
hattında, maksimum CO2 değerleri 32 Evler hattında
gözlemlenmiştir. Bu değerler gidiş hattında 661 g/kW-h,
dönüş hattında ise 685 g/kW-h’dir.
NOx emisyon oluşumu motor çalışma koşullarına ve
egzoz gaz sıcaklığına bağlıdır. Yapılan incelemeler
sonucu genel olarak egzoz gaz sıcaklığının motor hızı
ve motor yükü ile orantılı olarak arttığı belirlenmiştir.

Seçilen 3 hatta egzoz gaz sıcaklığı ve NOx emisyonları
karşılaştırıldığında Karaman hattında oluşan NOx
değerleri diğer hatların NOx değerlerinden oldukça
düşüktür. Karaman hattında NOx değerleri sırasıyla 1.7
g/kW-h ve 2.8 g/kW-h’dir. Maksimum NOx değeri ise
5.7 g/kW-h olup SAÜ Kampus-dönüş hattında
gözlemlenmiştir.
Bunun sebebi Karaman hattında egzoz sıcaklığının NOx
emisyonlarını minimize etmek için kullanılan SCR
sisteminin etkin bir şekilde çalışmaya başladığı değerin
üzerinde olmasıdır.